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公開番号2024027667
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-01
出願番号2022130640
出願日2022-08-18
発明の名称半導体受光素子
出願人住友電気工業株式会社
代理人個人
主分類H01L 31/10 20060101AFI20240222BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】簡単に製造可能で、かつ暗電流を低減することが可能な半導体受光素子を提供する。
【解決手段】第1半導体層と、前記第1半導体層の上に設けられた光吸収層と、前記光吸収層の上に設けられ、第1エネルギー障壁を形成する第1バリア層と、前記第1バリア層の上に設けられた第2半導体層と、を具備し、前記第1半導体層は第1導電型を有し、前記第2半導体層および前記第1バリア層は、前記第1導電型とは異なる第2導電型を有し、前記第1バリア層のドーピング濃度は前記第2半導体層のドーピング濃度よりも高い半導体受光素子。
【選択図】 図2

特許請求の範囲【請求項1】
第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に設けられた光吸収層と、
前記光吸収層の上に設けられ、第1エネルギー障壁を形成する第1バリア層と、
前記第1バリア層の上に設けられた第2半導体層と、を具備し、
前記第1半導体層は第1導電型を有し、
前記第2半導体層および前記第1バリア層は、前記第1導電型とは異なる第2導電型を有し、
前記第1バリア層のドーピング濃度は前記第2半導体層のドーピング濃度よりも高い半導体受光素子。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記第1バリア層のドーピング濃度は前記第2半導体層のドーピング濃度の10倍以上である請求項1に記載の半導体受光素子。
【請求項3】
前記第1バリア層と前記光吸収層との間に設けられた第3半導体層を具備し、
前記第3半導体層は前記第2導電型を有し、
前記第1バリア層のドーピング濃度は前記第3半導体層のドーピング濃度より高い請求項1または請求項2に記載の半導体受光素子。
【請求項4】
前記第1バリア層は、前記光吸収層および前記第2半導体層に隣接する請求項1または請求項2に記載の半導体受光素子。
【請求項5】
前記第1バリア層および前記第2半導体層はp型の導電型を有し、
前記第1バリア層は伝導帯に前記第1エネルギー障壁を形成する請求項1または請求項2に記載の半導体受光素子。
【請求項6】
前記第1半導体層と前記光吸収層との間に設けられ、第2エネルギー障壁を形成する第2バリア層を具備し、
前記第2バリア層は前記第1導電型を有し、
前記第2バリア層のドーピング濃度は前記第1半導体層のドーピング濃度よりも高い請求項1または請求項2に記載の半導体受光素子。
【請求項7】
前記第2バリア層のドーピング濃度は前記第1半導体層のドーピング濃度の10倍以上である請求項6に記載の半導体受光素子。
【請求項8】
前記第2バリア層と前記光吸収層との間に設けられた第4半導体層を具備し、
前記第4半導体層は前記第1導電型を有し、
前記第2バリア層のドーピング濃度は前記第4半導体層のドーピング濃度より高い請求項6に記載の半導体受光素子。
【請求項9】
前記第2バリア層は、前記光吸収層および前記第1半導体層に隣接する請求項6に記載の半導体受光素子。
【請求項10】
前記第1半導体層および前記第2バリア層はn型の導電型を有し、
前記第2半導体層および前記第1バリア層はp型の導電型を有し、
前記第2バリア層のn型ドーパントのドーピング濃度は前記第1半導体層のドーピング濃度よりも高く、
前記第1バリア層のp型ドーパントのドーピング濃度は前記第2半導体層のドーピング濃度よりも高く、
前記第1バリア層は伝導帯に前記第1エネルギー障壁を形成し、
前記第2バリア層は価電子帯に前記第2エネルギー障壁を形成する請求項6に記載の半導体受光素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は半導体受光素子に関するものである。
続きを表示(約 3,300 文字)【背景技術】
【0002】
半導体受光素子は、ガス分析などの分光システム、イメージングセンサなどに用いられる。半導体受光素子は、例えば波長が1μmから30μmの赤外領域の光を受光して、電気信号を出力する。半導体受光素子の感度を高めるために、暗電流を低減することが求められる。超格子のバリア層を設けることで、キャリアの移動を抑制し、暗電流を低減する技術が開発されている(例えば非特許文献1)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
Zhaobing Tiam et.al. “Low Dark Current Structures for Long-wavelength Type-II Strained Layer Superlattice Photodiodes” Proc.of SPIE Vol.8704 870415-1(2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし超格子層を結晶成長する工程は複雑である。良好な結晶性を有するバリア層を形成することは難しい。そこで、簡単に製造可能で、かつ暗電流を低減することが可能な半導体受光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示に係る半導体受光素子は、第1半導体層と、前記第1半導体層の上に設けられた光吸収層と、前記光吸収層の上に設けられ、第1エネルギー障壁を形成する第1バリア層と、前記第1バリア層の上に設けられた第2半導体層と、を具備し、前記第1半導体層は第1導電型を有し、前記第2半導体層および前記第1バリア層は、前記第1導電型とは異なる第2導電型を有し、前記第1バリア層のドーピング濃度は前記第2半導体層のドーピング濃度よりも高い。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、簡単に製造可能で、かつ暗電流を低減することが可能な半導体受光素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1は第1実施形態に係る半導体受光素子を例示する断面図である。
図2はエネルギーバンドを例示する図である。
図3Aはドーピング濃度とエネルギー障壁の高さとの関係を例示する図である。
図3Bはドーピング濃度と暗電流密度との関係を例示する図である。
図4は第2実施形態に係る半導体受光素子を例示する断面図である。
図5はエネルギーバンドを例示する図である。
図6は第3実施形態に係る半導体受光素子を例示する断面図である。
図7はエネルギーバンドを例示する図である。
図8は第4実施形態に係る半導体受光素子を例示する断面図である。
図9はエネルギーバンドを例示する図である。
図10は暗電流密度を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
【0009】
本開示の一形態は、(1)第1半導体層と、前記第1半導体層の上に設けられた光吸収層と、前記光吸収層の上に設けられ、第1エネルギー障壁を形成する第1バリア層と、前記第1バリア層の上に設けられた第2半導体層と、を具備し、前記第1半導体層は第1導電型を有し、前記第2半導体層および前記第1バリア層は、前記第1導電型とは異なる第2導電型を有し、前記第1バリア層のドーピング濃度は前記第2半導体層のドーピング濃度よりも高い半導体受光素子である。第1バリア層が形成する第1エネルギー障壁が、第2半導体層から光吸収層へのキャリアの移動を抑制する。暗電流を低減することができる。高いドーピング濃度を有する第1バリア層は簡単に製造することができる。
(2)上記(1)において、前記第1バリア層のドーピング濃度は前記第2半導体層のドーピング濃度の10倍以上でもよい。エネルギー障壁が高くなる。キャリアの移動を抑制し、暗電流を低減することができる。
(3)上記(1)または(2)において、前記第1バリア層と前記光吸収層との間に設けられた第3半導体層を具備し、前記第3半導体層は前記第2導電型を有し、前記第1バリア層のドーピング濃度は前記第3半導体層のドーピング濃度より高くてもよい。第3半導体層を設けることで、第1バリア層における自由キャリア吸収を抑制することができる。第1バリア層から光吸収層へのドーパントの拡散を抑制することができる。
(4)上記(1)または(2)において、前記第1バリア層は、前記光吸収層および前記第2半導体層に隣接してもよい。暗電流を効果的に抑制することができる。
(5)上記(1)から(4)のいずれかにおいて、前記第1バリア層および前記第2半導体層はp型の導電型を有し、前記第1バリア層は伝導帯に前記第1エネルギー障壁を形成してもよい。第1エネルギー障壁は、第2半導体層で発生する電子の移動を妨げる。暗電流を効果的に抑制することができる。
(6)上記(1)から(5)のいずれかにおいて、前記第1半導体層と前記光吸収層との間に設けられ、第2エネルギー障壁を形成する第2バリア層を具備し、前記第2バリア層は前記第1導電型を有し、前記第2バリア層のドーピング濃度は前記第1半導体層のドーピング濃度よりも高くてもよい。第2バリア層がエネルギー障壁を形成する。エネルギー障壁が、第1半導体層から光吸収層へのキャリアの移動を抑制する。暗電流を低減することができる。高いドーピング濃度を有する第2バリア層は簡単に製造することができる。
(7)上記(6)において、前記第2バリア層のドーピング濃度は前記第1半導体層のドーピング濃度の10倍以上でもよい。エネルギー障壁が高くなる。キャリアの移動を抑制し、暗電流を低減することができる。
(8)上記(6)または(7)において、前記第2バリア層と前記光吸収層との間に設けられた第4半導体層を具備し、前記第4半導体層は前記第1導電型を有し、前記第2バリア層のドーピング濃度は前記第4半導体層のドーピング濃度より高くてもよい。第4半導体層を設けることで、第2バリア層における自由キャリア吸収を抑制することができる。第2バリア層から光吸収層へのドーパントの拡散を抑制することができる。
(9)上記(6)または(7)において、前記第2バリア層は、前記光吸収層および前記第1半導体層に隣接してもよい。暗電流を効果的に抑制することができる。
(10)上記(6)から(9)のいずれかにおいて、前記第1半導体層および前記第2バリア層はn型の導電型を有し、前記第2半導体層および前記第1バリア層はp型の導電型を有し、前記第2バリア層のn型ドーパントのドーピング濃度は前記第1半導体層のドーピング濃度よりも高く、前記第1バリア層のp型ドーパントのドーピング濃度は前記第2半導体層のドーピング濃度よりも高く、前記第1バリア層は伝導帯に前記第1エネルギー障壁を形成し、前記第2バリア層は価電子帯に前記第2エネルギー障壁を形成してもよい。第1半導体層および第2半導体層の両方からのキャリアの移動を抑制することで、暗電流を効果的に抑制することができる。
【0010】
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係る半導体受光素子の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
(【0011】以降は省略されています)

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